加來道雄《2100科技大未來》:兩種新類型文明——「熵節約」與「熵浪費」

加來道雄《2100科技大未來》:兩種新類型文明——「熵節約」與「熵浪費」
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我們想讓你知道的是

從我們現在的零型文明,轉移到未來的第一型文明,可能是歷史上最大的轉移。它將決定我們到底是要繼續興盛繁榮,還是要因愚昧而毀滅。

文:加來道雄(Michio Kaku)

近年來,另一個令人關心的議題浮現:污染和廢棄物。能量和資訊已不足以為文明分級。事實上,文明消耗的能量越多,以及它輸出的資訊越多,就會製造越多的污染和廢棄物。這不是一個學術性問題,因為第一型或第二型文明的廢棄物就可能足以毀掉它本身。

舉例來說。一個第二型文明會消耗一個恆星所產生的能量。假設它引擎的效能是百分之五十,那表示它所製造的半數廢棄物是熱量形式。這是潛在的災難,因為它意味著這個行星的溫度會一直升高,直至它熔化。想像數十億個這樣的燃煤發電廠,吐出巨量的熱量和氣體,使得星球的溫度增高到生命無法存活。

事實上,戴森曾試圖透過搜尋主要是散發紅外線輻射,而非X光或可見光的物體,去發現外太空的第二型文明。這是因為第二型文明無可避免地會製造足夠的廢棄熱量,以致它會散發紅外線輻射——即使它要創造一個球體去隱藏,不讓窺探的眼睛看到也不可能。因而,他建議天文學家搜尋主要是製造紅外線光的星球系統。(不過,目前尚無發現。)

但這也引發我們關心到,任何文明放任其能量增加到失控,將會演變成自殺。因而,我們認為能量和資訊不足以確保文明在向上升級時存活。我們需要新的量表,一個將效能、廢棄熱量和污染列入考慮的量表。有一個有考慮到這些的新量表,是建立在另一個被稱為「熵」的觀念。

以「熵」為文明分級

我們想要的最理想狀況是:做得漂亮,只要能量和資訊成長的文明,而不至於使地球變熱,令人難以忍受,或廢棄物氾濫。

這一點在迪士尼電影《機器人瓦力》(Wall-E)中有精彩的描述。在那遙遠的未來,地球實在被污染又剝蝕得不像話,我們乾脆把混亂拋在身後,踏上奢華的大飛船在外太空漂浮,過著自我耽溺的生活。

熱力學定律在這裡變得很重要。熱力學第一定律只是說,你不可能憑空得到某件東西,如:沒有免費的午餐。換句話說,宇宙的總物質和能量是個常數。但如同我們在第三章所說,第二定律事實上最有趣,並且最終會決定一個先進文明的命運。簡單說,熱力學第二定律說,熵(指失序或混亂)的總量始終都在增加中。這意味著所有的東西必成過去,物體必將腐化、衰亡、生鏽或分解。我們不會看到熵的總量減少。例如,我們不會看到煎蛋從煎鍋跳回蛋殼中。我們不會看到糖在咖啡杯中結晶,突然不再混合而跳到你的湯匙中。這些事件如此罕見,因而英語(或任何其他語言)中沒有「混合後復原」(unmix)這樣的辭彙。

所以如果未來的文明,在上升到第二型或第三型文明過程中,盲目地製造能量,他們將會創造太多廢棄熱量,以致於他們居住的行星變成不能居住。熵(以廢棄熱量、混亂和污染的形式)將實質地毀滅他們的文明。類似地,如果他們透過砍伐整片樹林來製造資訊,產生堆積如山的廢棄紙張,文明將會埋葬在他們的資訊垃圾中。

因此,我將介紹另一種文明分級的量表,而這其中有兩種新類型的文明。第一種是「熵節約」(entropy conserving)文明——一種對它的垃圾用盡辦法處理,以控制過量的廢棄物和熱量的文明。當其所需能量繼續以指數成長時,它將會發現,它所消耗的能量可能改變行星環境,使生命變成不可能。先進文明所製造的混亂或熵總數將持續攀高,那是無可避免的事。但如果他們應用奈米科技和可再生能源去消除垃圾和不佳效能,則行星上地區性的熵可以降低。

第二種文明——一種「熵浪費」(entropy wasteful)文明——繼續無限制地擴充其能量消耗。最終,如果居住的行星無法居住,這個文明可能拓展到其他行星,以逃離其過量消耗。但是在外太空創造殖民地的代價,將限制其擴充能力。如果熵的成長速度快過它擴展到其他行星的速度,它將面對災難。

從主宰自然到保護自然

如同我們前面提及,在古代我們是自然之舞的被動見證者,驚奇地注視著所有周邊的神祕。今天,我們像是自然的編舞者,能夠對自然的力量作小小的調節。到了二一○○年,我們將成為自然的主宰者,能夠以念力移動物體、控制生死並前往其他星球。

但如果我們成為自然的主宰者,勢必也應當成為自然的保護者。如果讓熵無限制地增加,我們將無疑地被熱力學定律所毀滅。依據定律,第二型文明消耗幾乎與恆星等量的能量,如果不限制熵的增加,行星的表面溫度將會熱到極點。但,也有方法可以控制熵的增加。

例如,當我們去參觀博物館,看到十九世紀巨大的蒸汽機,有巨大的鍋爐和整車的煤炭。我們知道它們是多麼沒有效率,浪費能量並產生大量的熱能和污染。如果將它們與安靜、時髦的電動火車作比較,我們會發現今天對能量的運用有效率多了。如果人們的電器可以透過再生能源和小型化,增加其能量效率,則對巨大燃煤發電廠的需求可以大量降低,不再將大量的廢棄熱量和污染物吐到空中。奈米科技給我們降低廢棄熱能的機會,如果機器縮小到原子的規格,還可以更進一步。

如果室溫超導體能在本世紀被發現,那就表示能量需求會有徹底改革。廢棄熱能(以摩擦的形式)將會大量減少,增加了機器的效率。如前面提及,我們的能量消耗主體(特別是交通),是用來克服摩擦的。這就是為什麼我們要在油箱加油——雖說如果沒有摩擦,從加州到紐約幾乎不需能量。可以想像,一個先進的文明將能完成比我們想像更多的工作,而使用的能量比我們現在用的更少。這意味著,我們可以為先進文明設定一個製造熵的限制數值。

最危險的轉移


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